eng0工程力學(xué)

1、1袁 健航空宇航學(xué)院航空宇航學(xué)院基礎(chǔ)力學(xué)系基礎(chǔ)力學(xué)系23.3. 工程力學(xué)的應(yīng)用工程力學(xué)的應(yīng)用2.2.工程力學(xué)的內(nèi)容與學(xué)習(xí)目的工程力學(xué)的內(nèi)容與學(xué)習(xí)目的1.1.工程力學(xué)工程力學(xué)研究對(duì)象研究對(duì)象4.4.教學(xué)教學(xué)要求等事宜要求等事宜3l剛體力學(xué)剛體力學(xué)1 1 工程工程力學(xué)研究對(duì)象力學(xué)研究對(duì)象 物體的物體的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和和變形變形工程力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律的科工程力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律的科學(xué)。學(xué)。l變形體力學(xué)變形體力學(xué)研究研究本課程由兩部分組成：本課程由兩部分組成：剛體力學(xué)剛體力學(xué)和和變形體力學(xué)變形體力學(xué)。4工程力學(xué)的工程力學(xué)的局限性局限性 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)：當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光

2、速時(shí)： 當(dāng)物體的尺寸非常小當(dāng)物體的尺寸非常小-微觀粒子：微觀粒子：相對(duì)論力學(xué)相對(duì)論力學(xué)量子力學(xué)量子力學(xué)必須指出：工程力學(xué)的理論對(duì)絕大多數(shù)工程問(wèn)必須指出：工程力學(xué)的理論對(duì)絕大多數(shù)工程問(wèn)題都是適用的。題都是適用的。1.1.低速低速2.2.宏觀物體宏觀物體52 2 工程力學(xué)的內(nèi)容與學(xué)習(xí)目的工程力學(xué)的內(nèi)容與學(xué)習(xí)目的n 工程力學(xué)又可細(xì)分為以下四部分：工程力學(xué)又可細(xì)分為以下四部分：靜力學(xué)靜力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)研究物體在力系作用下的研究物體在力系作用下的平衡規(guī)律平衡規(guī)律。包括包括受力分析受力分析、力系的、力系的等效與簡(jiǎn)化等效與簡(jiǎn)化、力系的力系的平衡條件平衡條件。研究物體研究物體運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的的幾何性質(zhì)幾

3、何性質(zhì)，而不研究，而不研究引起物體運(yùn)動(dòng)的物理原因。引起物體運(yùn)動(dòng)的物理原因。研究物體的研究物體的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)與與作用力作用力之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。材料力學(xué)材料力學(xué) 基本構(gòu)件的內(nèi)力與變形規(guī)律?；緲?gòu)件的內(nèi)力與變形規(guī)律。剛體力學(xué)剛體力學(xué)變形體力學(xué)變形體力學(xué)6n 工程力學(xué)的學(xué)習(xí)目的工程力學(xué)的學(xué)習(xí)目的l 為解決工程問(wèn)題打基礎(chǔ)為解決工程問(wèn)題打基礎(chǔ)l 為后續(xù)課程打基礎(chǔ)為后續(xù)課程打基礎(chǔ) 工程力學(xué)是一系列后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。工程力學(xué)是一系列后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)。l 培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力7n 剛體力學(xué)與物理中的力學(xué)的關(guān)系剛體力學(xué)與物理中的力學(xué)的關(guān)系l 剛體力學(xué)是物理中力學(xué)的剛體力學(xué)

4、是物理中力學(xué)的延續(xù)延續(xù)、加深加深、加寬加寬；l 剛體力學(xué)更注重與剛體力學(xué)更注重與工程實(shí)際工程實(shí)際相結(jié)合。相結(jié)合。物理中主要考慮物理中主要考慮質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)；剛體力學(xué)中主要考慮剛體力學(xué)中主要考慮剛體剛體和和質(zhì)點(diǎn)系質(zhì)點(diǎn)系。8 由質(zhì)點(diǎn)系質(zhì)心運(yùn)由質(zhì)點(diǎn)系質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理可以確定定動(dòng)定理可以確定定向爆破時(shí)質(zhì)心的初向爆破時(shí)質(zhì)心的初速度。速度。3 3工程工程力學(xué)的應(yīng)用力學(xué)的應(yīng)用9 由質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理可得由質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理可得變質(zhì)量物體的動(dòng)力學(xué)方程。變質(zhì)量物體的動(dòng)力學(xué)方程。 火箭的運(yùn)動(dòng)由變質(zhì)量動(dòng)力火箭的運(yùn)動(dòng)由變質(zhì)量動(dòng)力學(xué)方程控制。學(xué)方程控制。10阻尼，吸震阻尼，吸震11采用反沖減小碰撞力采用反沖減小碰撞力12地對(duì)空導(dǎo)彈地

5、對(duì)空導(dǎo)彈 彈道學(xué)問(wèn)題彈道學(xué)問(wèn)題131415161718塔科瑪（塔科瑪（TacomaTacoma）懸橋）懸橋19 19401940年美國(guó)塔科瑪（年美國(guó)塔科瑪（TacomaTacoma）懸橋由于板邊緣的）懸橋由于板邊緣的旋渦引起顫振現(xiàn)象而倒塌。從那時(shí)起設(shè)計(jì)懸橋時(shí)旋渦引起顫振現(xiàn)象而倒塌。從那時(shí)起設(shè)計(jì)懸橋時(shí)考慮氣動(dòng)彈性耦合問(wèn)題。顫振是一種自激振蕩?？紤]氣動(dòng)彈性耦合問(wèn)題。顫振是一種自激振蕩。 20214 4 教學(xué)要求等事宜教學(xué)要求等事宜工程力學(xué)工程力學(xué)是一門(mén)理論性較強(qiáng)的課程，是一門(mén)理論性較強(qiáng)的課程，要學(xué)好要學(xué)好工程力學(xué)工程力學(xué)必須要必須要下一些功夫下一些功夫。22n 按規(guī)定，缺交作業(yè)次數(shù)超過(guò)應(yīng)交次數(shù)的按

6、規(guī)定，缺交作業(yè)次數(shù)超過(guò)應(yīng)交次數(shù)的1/41/4時(shí)將被取消考試資格。時(shí)將被取消考試資格。n 成績(jī)成績(jī)平時(shí)作業(yè)平時(shí)作業(yè) 占占 30 30 ； 期末考試期末考試 占占 70 70 n 交作業(yè)交作業(yè) 一般情況下每單元結(jié)束一般情況下每單元結(jié)束 后交作業(yè)。后交作業(yè)。 232425第一章第一章1-11-1 靜力學(xué)中的基本概念靜力學(xué)中的基本概念1-21-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理1-31-3 約束和約束反力約束和約束反力1-41-4 研究對(duì)象和受力圖研究對(duì)象和受力圖261-11-1靜力學(xué)中的概念靜力學(xué)中的概念1 1 剛體的概念剛體的概念受力時(shí)受力時(shí)不變形不變形的物體的物體 剛體內(nèi)任意兩點(diǎn)之間剛體內(nèi)任意兩點(diǎn)之間的距

7、離保持不變。的距離保持不變。u 剛體是剛體是理想模型理想模型。u 能否作為能否作為剛體剛體取決于所研究問(wèn)題的性質(zhì)。取決于所研究問(wèn)題的性質(zhì)。u 本課程既研究剛體；又研究變形體。本課程既研究剛體；又研究變形體。272 2 平衡平衡是指物體相對(duì)于是指物體相對(duì)于慣性參考系慣性參考系保持保持靜止靜止或作或作勻速勻速直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。的狀態(tài)。 283 3 力力力是物體力是物體間間相互的機(jī)械作用。這種作用有相互的機(jī)械作用。這種作用有兩種兩種效應(yīng)效應(yīng)：使物體的使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或或/ /和和形狀形狀發(fā)生變化。發(fā)生變化。內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng)外效應(yīng)外效應(yīng)力的三要素：力的三要素：大小，方向，作用點(diǎn)。大小，方向，

8、作用點(diǎn)。l 力系力系有一定聯(lián)系的有一定聯(lián)系的一群力。一群力。是是力的集合，力的集合，空集空集是是零力系。零力系。29l 力系力系平衡力系平衡力系有一定聯(lián)系的有一定聯(lián)系的一群力。一群力。是是力的集合，力的集合，空集空集是是零力系。零力系。如果物體在一力系作用下保持平衡，如果物體在一力系作用下保持平衡，則稱(chēng)這個(gè)力系為則稱(chēng)這個(gè)力系為平衡力系平衡力系。等效力系等效力系 如果兩個(gè)力系的作用效果完全相同，如果兩個(gè)力系的作用效果完全相同，則稱(chēng)這兩個(gè)力系為則稱(chēng)這兩個(gè)力系為等效力系等效力系。合力合力如果如果一個(gè)力一個(gè)力與與一個(gè)力系一個(gè)力系，則這個(gè)力稱(chēng)為這個(gè)力系的則這個(gè)力稱(chēng)為這個(gè)力系的合力合力；而力系中的力稱(chēng)為此

9、合力的而力系中的力稱(chēng)為此合力的分力分力。30公理公理：是為反復(fù)的實(shí)踐所證實(shí)的、而為人們所：是為反復(fù)的實(shí)踐所證實(shí)的、而為人們所 公認(rèn)的不需要證明的規(guī)律。公認(rèn)的不需要證明的規(guī)律。1-2 1-2 靜力學(xué)公理靜力學(xué)公理31公理公理 1 二力平衡公理二力平衡公理作用于剛體上的作用于剛體上的兩個(gè)力兩個(gè)力，使剛體，使剛體平衡平衡的的充分必充分必要條件要條件是：這兩個(gè)力的是：這兩個(gè)力的大小相等大小相等、方向相反方向相反、作用在同一直線上作用在同一直線上。說(shuō)明說(shuō)明： 對(duì)對(duì)剛體剛體，上面的條件是，上面的條件是充充分必要條件分必要條件。對(duì)。對(duì)變形體變形體是是必必要條件要條件，而，而非非充分條件充分條件。32 二力構(gòu)

10、件二力構(gòu)件二力桿二力桿工程上，將工程上，將受兩個(gè)力受兩個(gè)力作用并作用并處于平衡處于平衡的物體的物體稱(chēng)為稱(chēng)為二力構(gòu)件二力構(gòu)件。在工程上，若在工程上，若二力構(gòu)件二力構(gòu)件是桿件，常簡(jiǎn)稱(chēng)為是桿件，常簡(jiǎn)稱(chēng)為二力二力桿桿。二力構(gòu)件二力構(gòu)件33在已知力系上在已知力系上加上加上或或減去減去任意一個(gè)任意一個(gè)平衡力系平衡力系，并并不改變不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用。原力系對(duì)剛體的作用。推論推論1 力的可傳性原理力的可傳性原理公理公理 2 加減平衡力系加減平衡力系公理公理作用于剛體上的力，可沿其作用線移到同一剛作用于剛體上的力，可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變它對(duì)剛體的作用效應(yīng)。體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變它對(duì)剛

11、體的作用效應(yīng)。 對(duì)剛體，力的三要素為：對(duì)剛體，力的三要素為：大小大小, 方向方向, 作用線。作用線。證明：證明：AABFBAFBF2F2F13435所以，所以，力的可傳性力的可傳性原理原理只適用于只適用于剛體剛體。36A公理公理 3 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則作用于物體上作用于物體上同一點(diǎn)同一點(diǎn)的的兩個(gè)力兩個(gè)力可合成為一個(gè)可合成為一個(gè)合力合力，此合力也，此合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由以這兩個(gè)力為邊所構(gòu)成的向由以這兩個(gè)力為邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示。平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示。21FFFRFRF2F1AFRF2F137作用于作用于剛體剛體上相互上

12、相互平衡平衡的的三個(gè)力三個(gè)力，若其中若其中兩個(gè)力的作用線兩個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)匯交于一點(diǎn)，則此三力必在同一平面內(nèi)，則此三力必在同一平面內(nèi)，且且第三個(gè)力的作用線第三個(gè)力的作用線通過(guò)匯交點(diǎn)通過(guò)匯交點(diǎn)。推論推論2 2：三力平衡匯交定理：三力平衡匯交定理 38FR 設(shè)設(shè) F1，F(xiàn)2 的作用線交于的作用線交于O點(diǎn)；點(diǎn)； 將將 F1，F(xiàn)2 沿作用線移至沿作用線移至O點(diǎn)；點(diǎn)；證明證明F3的作用線通過(guò)的作用線通過(guò)O O點(diǎn)。點(diǎn)。 F3 與與 FR 共線，共線， 且且FR與與F1 及及 F2共面，共面， F1，F(xiàn)2 和和 F3 共面。共面。證畢證畢 將將F1， F2 合成：合成： FR = F1 + F2 由二

13、力平衡公理，由二力平衡公理， F3 與與 FR 共線共線39公理公理4 4 作用力和反作用力定律作用力和反作用力定律即：即：、且且。作用力作用力與與反作用力反作用力總是總是同時(shí)存在同時(shí)存在，兩力的，兩力的大大小相等小相等，方向相反方向相反，沿著同一條直線沿著同一條直線，分別分別作用在作用在兩個(gè)相互作用的物體上兩個(gè)相互作用的物體上。通常用通常用 F F ，F(xiàn) F 表示作用力與反作用力關(guān)系。表示作用力與反作用力關(guān)系。40公理公理5 5 剛化原理剛化原理 變形體在某一力系作用下處于變形體在某一力系作用下處于平衡平衡時(shí)，如將時(shí)，如將此此變形體變形體剛化為剛化為剛體剛體，則，則平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)保持不變保持不變。F F1 1F F2 2 鋼絲鋼絲F F1 1F F2 2變形后平衡變形后平衡剛化為剛體剛化為剛體, ,仍平衡仍平衡即即: : 在在某一力系作用下，某一力系作用下，變形體變形體平衡平衡剛體剛